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RESUMEN: La tendencia a la reducción de peso y de emisiones contaminantes, que los medios de transporte han experimentado a lo largo de los últimos años, se ha logrado en gran medida gracias a la introducción de materiales innovadores, que poseen una buena relación de resistencia frente a peso. En lo referente a los componentes metálicos desarrollados mediante procesos de conformado caben destacar dos familias principales: los aceros de alta resistencia y las aleaciones ligeras. Estas dos familias de materiales aportan ventajas muy significativas desde un punto de vista de producto; permiten desarrollar piezas ligeras con capacidades mecánicas elevadas. Por otro lado, desde un punto de vista de fabricación de los componentes, estos materiales poseen unas propiedades de conformabilidad muy limitadas lo cual hace que cada vez más se tienda a realizar su conformado a elevadas temperaturas. Desafortunadamente la combinación de estos dos factores novedosos, el empleo de materiales emergentes en el mundo de la automoción, y su conformado a elevadas temperaturas, ha hecho que los desarrollos de nuevos productos ya no puedan estar basados en experiencias previas ya que los nuevos materiales y procesos de conformado difieren en gran medida de los tradicionales. Para ello, es cada vez más importante la correcta aplicación de herramientas avanzadas de simulación por elementos finitos, que ayuden a una rápida y sencilla optimización tanto de herramientas como de procesos.
Al mismo tiempo, la consecución de unos resultados óptimos mediante la utilización de herramientas de simulación por elementos finitos necesita de la realización de modelos numéricos lo más próximos a la realidad. Los dos aspectos más importantes que definen un buen modelo numérico son una apropiada caracterización del material, bajo unas condiciones lo más idénticas posibles a las que se darán en el proceso final y una correcta caracterización tribológica que identifique el comportamiento del material en contacto con la herramienta. En este sentido, se plantea el presente proyecto de investigación cuyo objetivo principal es desarrollar modelos de simulación más robustos basados en una caracterización avanzada tanto de los materiales como de su comportamiento en contacto con las herramientas. El objetivo es identificar estas dos propiedades, reología y fricción, en condiciones similares a los procesos de conformado industrial.
Para desarrollar dicha tecnología se plantean cuatro grandes objetivos y paquetes de trabajo:
a) Desarrollar, fabricar y poner a punto una máquina multi-ejes capaz de realizar ensayos de caracterización de material con estados tensionales complejos (no uniaxiales sino personalizables para cada tipo de proceso) y de caracterización tribológica, todo ello en alta temperatura, ya que no existe ningún tipo de máquina universal para este tipo de ensayos.
b) Desarrollar técnicas de visión artificial que permitan medir in-situ las deformaciones sufridas por el material al ser estirado o comprimido a altas temperaturas. Existe una dificultad añadida, ya que dichos algoritmos deben desarrollarse a alta temperatura (hasta 1000º Celsius), donde los gases de expansión y/o deformaciones visuales debidos a dichas temperaturas pueden impedir o falsear los resultados obtenidos.
c) Desarrollar técnicas novedosas para la correcta caracterización tribológica de los materiales conformados a altas temperaturas, teniendo en cuenta aspectos como la lubricación y los tres parámetros principales que definen el coeficiente de fricción entre dos materiales en contacto: la presión de contacto, la velocidad de deslizamiento entre las superficies y la temperatura.
d) Desarrollar nuevas leyes reológicas (reología es la parte física que estudia la relación entre el esfuerzo y deformación de los materiales, es.wikipedia.org/wiki/Reología) y de contacto a altas temperaturas y su implementación en los modelos de simulación numérica por elementos finitos, personalizadas para cada tipo de proyecto.
En este proyecto se abordará preferentemente la estampación o embutición en caliente de aceros al boro debido al auge que están teniendo estos materiales en el sector del automóvil. |
